作者列表：郎世英（Shiying Lang）、寇志雄（Zhixiong Kou）、杜阳瑞（Yangrui Du）、吴成城（Chengcheng Wu）、邢丹丹（Dandan Xing）、周合欣（Hexin Zhou）、李开军（Kaijun Li）、王倩（Qian Wang）、刘功彦（Gongyan Liu）
四川大学生物质量科学与工程学院，成都，610065，中国。
摘要
基于天然聚电解质的可吸收自凝胶止血粉（如明胶（Gel）、淀粉、壳聚糖）已被用于控制无法压缩的出血。然而，它们的止血效果受到聚电解质效应的限制，血液中的盐离子会抑制聚合物链的水合和伸展，从而削弱其快速自凝胶化和湿粘附能力。本文报道了一种受生物启发的自凝胶粉（PGSB-Gel），该粉末由两性离子聚（甘氨酸甲基丙烯酸酯-磺丁胺甲基丙烯酸酯）（PGSB）交联明胶制成。由于两性离子聚磺丁胺（PSB）基团的抗聚电解质效应和静电相互作用，PGSB-Gel粉末能够快速吸收血液，并在6秒内原位转化为坚固的水凝胶。所得水凝胶具有较高的粘附强度（25 ± 2 kPa）和爆破压力（162 ± 9 mmHg），超过动脉压力，确保高压伤口的可靠密封。结合其两性离子结构对血细胞膜的亲和力，该水凝胶增强了血小板和红细胞的捕获，从而加速止血过程。在多种无法压缩伤口的体内模型中，与商用粉末CeloxTM和BleedstopTM相比，PGSB-Gel将止血时间和出血量减少了50%以上，显示出更优的止血效果。此外，这种两性离子水凝胶还作为防污物理屏障，防止组织粘附。
研究意义
基于天然聚电解质的可吸收自凝胶止血粉已被用于控制无法压缩的出血。然而，它们的止血效果受到聚电解质效应的限制，血液中的盐离子会抑制聚合物链的水合和伸展，从而削弱其快速自凝胶化和粘附能力。本文提出了一种基于天然明胶并采用两性离子交联剂的自凝胶粉。该粉末能够快速吸收血液并立即原位自凝胶，得益于抗聚电解质效应和静电相互作用。所得水凝胶具有较高的粘附强度，确保伤口的可靠密封。同时，其两性离子结构对血细胞膜的亲和力增强了血细胞的捕获，从而加速止血过程。此外，它还作为防污物理屏障，防止组织粘附。
引言
无法压缩伤口的不受控制的出血仍然是平民在创伤后和战场受伤后导致可预防死亡的主要原因[1,2]。因此，迫切需要高效且能及时发挥作用的止血材料来控制这种危及生命的出血，为进一步治疗争取关键时间，并大幅降低死亡率[3,4]。目前，大多数临床应用的止血剂旨在增强和加速血液凝固以实现止血[5]。这种机制主要依赖于凝血因子（如血小板、红细胞、纤维蛋白和凝血酶）的浓度，它们能快速吸收血液[6]。然而，由于凝血过程的渐进性，基于凝血的止血剂无法立即形成具有足够组织粘附力的稳定血块，从而无法及时有效地控制无法压缩、大量出血的伤口[7,8]。为了解决这一挑战，人们越来越关注开发粘附性密封材料，而不是基于凝血的材料，以实现快速止血。
近年来，基于亲水性聚电解质的自凝胶止血粉作为一种新一代独立于凝血的止血剂出现，特别适用于不规则和深度伤口，因为它们易于使用且适应性强[9],[10],[11]。例如，由聚乙烯亚胺/聚丙烯酸（PEI/PAA）组成的自凝胶粉已被开发用于急性止血，这种粉末在水合后几秒钟内会在原位形成粘附性水凝胶[12]。这种从粉末到水凝胶的转变主要归因于亲水性微粒对界面血液的快速吸附。吸附的液体通过氢键促进聚电解质链的物理交联，从而实现快速凝胶化。此外，这些氢键相互作用还有助于形成的水凝胶与湿润伤口组织之间的界面粘附，有助于在动态血流条件下密封伤口。然而，基于聚电解质的自凝胶止血粉在实际应用中受到限制，因为所得水凝胶的湿粘附力和机械强度较低[13,14]。这些限制主要归因于生理环境中的聚电解质效应，即聚合物链上的带电亲水基团（如氨基、羧基和羟基）容易被血液中的离子（如Na⁺和Cl⁻）屏蔽[15]。这种离子屏蔽削弱了排斥力，导致链结构塌陷或卷曲，从而降低水合能力、物理交联能力以及聚合物的粘附和机械性能[16]。因此，消除生理环境中自凝胶粉的聚电解质效应对于提高凝胶稳定性和机械强度至关重要，这对于其在无法压缩出血管理中的有效应用至关重要。要解决这一挑战，需要合理的分子设计，在离子存在的情况下保持聚合物链的伸展和链间相互作用。除了快速止血外，理想的用于内部无法压缩伤口治疗的自凝胶粉还必须满足其他要求，包括完全生物降解性和支持组织再生的能力[17,18]。这些功能要求突显了开发兼具止血效果和生物相容性及伤口愈合特性的下一代材料的紧迫性。
两性离子聚合物，特别是受生物启发的聚磺丁胺（PSB），由于其固有的电中性，已被证明在减轻聚电解质效应方面非常有效[19]。由于PSB含有等量的正电荷季铵基团和负电荷磺酸基团，它可以抵抗生理盐的离子屏蔽，从而保持聚合物链的伸展和水合，这对于基于聚电解质的止血粉在血液环境中的快速凝胶化至关重要[20]。基于上述研究结果，我们合成了两性离子聚（甘氨酸甲基丙烯酸酯-磺丁胺甲基丙烯酸酯）共聚物（PGSB），用于明胶（天然聚电解质）的交联改性，随后通过可扩展的喷雾干燥技术制备成可生物吸收和自凝胶的止血粉（PGSB-Gel）（图1A）。与商用产品CeloxTM和BleedstopTM相比，PGSB-Gel表现出显著更优的综合性能（图1B）。得益于两性离子PSB基团的抗聚电解质效应，PGSB-Gel粉末能够通过快速吸收界面血液形成具有增强粘附稳定性的水凝胶。此外，PSB的细胞膜模拟结构使PGSB-Gel粉末对红细胞（RBCs）和血小板具有很强的亲和力，从而提高了止血粉的促凝活性。此外，两性离子PSB分子之间的静电相互作用在凝胶化过程中提供了额外的物理交联，显著增强了粘附性水凝胶的机械强度。值得注意的是，应用PGSB-Gel后，形成的粘附性水凝胶在各种出血模型中通过浓缩和捕获血细胞迅速控制了无法压缩的出血。此外，PGSB-Gel水凝胶的两性离子物理屏障有效防止了细胞和蛋白质的粘附，从而避免了术后组织粘附（图1C）。这项研究不仅为自凝胶止血粉的合理设计提供了见解，也对无法压缩出血和防止粘附具有重要意义。
明胶（来自猪皮，240克，医用级）、磺丁胺甲基丙烯酸酯（SBMA）、甘氨酸甲基丙烯酸酯（GMA）和偶氮异丁腈（AIBN）购自上海阿拉丁生化科技有限公司。磷酸盐缓冲盐水（PBS）和生理盐水购自上海泰坦科技有限公司。荧光异硫氰酸酯纤维蛋白原（FITC-FG）、乳酸脱氢酶、II型胶原酶以及CeloxTM和BleedstopTM粉末购自成都赛莱斯
如图S1所示，通过使用甘油甲基丙烯酸酯（GMA）和磺丁胺甲基丙烯酸酯（SBMA）的自由基聚合反应合成了环氧功能化的两性离子聚合物PGSB。1H NMR谱显示SBMA的特征甲基质子峰位于δ 3.31 ppm，而GMA中的环氧基团质子特征峰位于δ 2.92和3.45 ppm（图S2）。此外，δ 5.6和6.1 ppm处没有出现乙烯基质子信号，表明单体已完全反应
总之，我们开发了一种受生物启发的可吸收自凝胶粉（PGSB-Gel），用于有效控制无法压缩伤口的出血并改善预后。两性离子PSB基团的引入赋予了止血粉强大的抗聚电解质性能，显著提高了PGSB-Gel在生理条件下的自凝胶速率、水凝胶强度、液体吸收能力和湿组织粘附能力，从而提供了必要的前提条件
郎世英（Shiying Lang）：撰写-原始草稿、可视化、验证、软件使用、方法论、数据分析、概念化。
寇志雄（Zhixiong Kou）：撰写-原始草稿、资金获取、资源协调、方法论。
杜阳瑞（Yangrui Du）：可视化、正式分析、数据管理。
吴成城（Chengcheng Wu）：数据管理、正式分析。
邢丹丹（Dandan Xing）：数据管理、正式分析。
周合欣（Hexin Zhou）：数据管理。
李开军（Kaijun Li）：撰写-审稿与编辑、资源协调、概念化、资金获取、正式流程。
